第06章金屬材料

第六章金屬材料工業(yè)用鋼按化學成分分為碳素鋼和合金鋼兩大類。碳素鋼是指含碳量在0.0218%~2.11%的鐵碳合金。合金鋼是指為了提高鋼的性能，在碳鋼基礎上有意加入一定量合金元素所獲得的鐵基合金。第六章金屬材料6.1工業(yè)用鋼概述

工業(yè)用鋼按化學成分可分為碳素鋼和合金鋼兩大類。碳鋼是指碳的質(zhì)量分數(shù)為0.0218～2.11%的鐵碳合金，并含有少量的錳、硅、硫、磷等雜質(zhì)。6.1.1鋼中雜質(zhì)1．錳的影響元素Mn的主要作用：固溶強化鐵素體；降低脆性；減輕硫的有害影響。含量小于0.8％。－－－－－有益元素2．硅的影響脫氧能力強；強化鐵素體。含量小于0.4％－－－有益元素錳鐵硅鐵6.1.1鋼中雜質(zhì)3．硫的影響FeS，熱脆性。－－－－－－－－有害元素為了消除硫所形成的熱脆性，在煉鋼時可加入錳。4．磷的影響提高鐵素體的強度、硬度室溫下鋼的塑性和韌性急劇下降而變脆，這種現(xiàn)象稱為冷脆性－－－－－－－－－－－有害元素硫、磷有害元素錳、硅有益元素礦石和燃料礦石1、按用途分類

工程用鋼建筑、橋梁、船舶、車輛滲碳鋼調(diào)質(zhì)鋼彈簧鋼滾動軸承鋼耐磨鋼機器用鋼結構鋼刃具鋼模具鋼量具鋼工具鋼不銹鋼耐熱鋼特殊性能鋼擠壓模具（二）鋼的通常分類2、按化學成分分類

中碳鋼0.25~0.6%C高碳鋼

0.6%C低碳鋼

0.25%C低合金鋼合金元素總量5%中合金鋼合金元素總量5~10%高合金鋼合金元素總量10%碳素鋼合金鋼鋼類碳素鋼合金鋼PSPS普通質(zhì)量鋼≤0.045≤0.045≤0.045≤0.045優(yōu)質(zhì)鋼≤0.035≤0.035≤0.035≤0.035高級優(yōu)質(zhì)鋼≤0.030≤0.030≤0.025≤0.025特級優(yōu)質(zhì)鋼≤0.025≤0.020≤0.025≤0.0153、按質(zhì)量分類鋼的質(zhì)量是以磷、硫的含量來劃分的。分為普通質(zhì)量鋼、優(yōu)質(zhì)鋼、高級優(yōu)質(zhì)鋼和特級優(yōu)質(zhì)鋼.根據(jù)現(xiàn)行標準，各質(zhì)量等級鋼的磷、硫含量如下：4、按冶煉方法分類平爐煉鋼平爐鋼轉(zhuǎn)爐鋼電爐鋼

按爐別分珠光體鋼貝氏體鋼馬氏體鋼鐵素體鋼奧氏體鋼萊氏體鋼

按正火組織分亞共析鋼共析鋼過共析鋼

按退火組織分5、按金相組織分類齒輪刀具（三）鋼的編號我國鋼材的編號是采用漢語拼音字母、化學元素符號和阿拉伯數(shù)字相結合的方法。采用漢語拼音字母表示鋼產(chǎn)品的名稱、用途、特性和工藝方法時，一般從代表鋼產(chǎn)品名稱的漢字的漢語拼音中選取第一個字母.1、普通碳素結構鋼Q+最低屈服強度值+質(zhì)量等級符號+脫氧方法符號Q表示“屈服強度”；屈服強度值單位是MPa；質(zhì)量等級符號為A、B、C、D、E。由A到E，其P、S含量依次下降，質(zhì)量提高。脫氧方法符號:沸騰鋼—F；鎮(zhèn)靜鋼—Z；半鎮(zhèn)靜鋼—b；特殊鎮(zhèn)靜鋼—TZ。如碳素結構鋼牌號表示為Q235AF、Q235BZ。鋼板低合金高強度結構鋼都是鎮(zhèn)靜鋼或特殊鎮(zhèn)靜鋼，其牌號中沒有表示脫氧方法的符號。如Q345C。*說明：通常情況下，屈服強度值小300MPa時為碳素結構鋼，大于300MPa時為低合金高強度鋼。熱連軋鋼板2.低合金高強度結構鋼齒輪加工方鋼3、優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼牌號用兩位數(shù)字表示。這兩位數(shù)字表示鋼平均含碳量的萬分之幾。如45鋼—平均含碳量為萬分之四十五（即0.45%）的優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼。4.碳素工具鋼T+數(shù)字T表示“碳素工具鋼”；數(shù)字表示平均含碳量的千分之幾.如T8—其平均含碳量為千分之八(0.8%C)。*說明：碳素工具鋼都是優(yōu)質(zhì)以上質(zhì)量的。高級優(yōu)質(zhì)鋼在鋼號后加“A”，如T8A。絲錐銼刀5.合金結構鋼該類鋼的牌號由“數(shù)字+元素+數(shù)字”三部分組成。前兩位數(shù)字表示平均碳含量的萬分之幾合金元素以漢字或化學元素符號表示合金元素后面的數(shù)字表示該元素的近似含量，單位是百分之幾

60Si2Mn6、滾動軸承鋼G+Cr+鉻含量(不標含碳量)“G”表示“滾動軸承鋼”。*鉻含量以千分之一為單位.如“GCr15”的平均含鉻量為1.5%。7.合金工具鋼含碳量+合金元素符號+該元素百分含量+……當含碳量小于1.00%時，含碳量用一位數(shù)字標明，這一位數(shù)字表示平均含碳量的千分之幾，如8MnSi.當含碳量大于1.00%時，不標含碳量。高速鋼不標含碳量，如W6Mo5Cr4V2(含0.85%C).銑刀7、不銹鋼和耐熱鋼含碳量+合金元素符號+該元素百分含量+……含碳量以千分之一為單位。8、鑄鋼ZG表示“鑄鋼”；合金元素對鋼的影響為什么要加入合金元素？一、碳鋼的局限性

1.淬透性低2.強度和屈強比低3.高溫強度差4.不能滿足特殊性能的要求合金元素能起什么作用呢？二、合金元素對鋼中基本相的影響1、合金固溶體

α—Fe(Me)2、合金滲碳體

(Fe,Me)3C3、合金碳化物

TiC、NbC、WC、VC、4、非金屬夾雜

MnS,MnO,SiO2,Al2O35、Cu,Pb以游離狀態(tài)存在合金元素在鋼中的存在形式取決于：1、合金元素本身的性質(zhì)2、合金元素的含量以及碳的含量3、熱處理條件（加熱溫度、冷卻條件）1.形成合金碳化物☆Mn：弱碳化物形成元素，Cr、Mo、W：屬于中強碳化物形成元素，V、Ti、Nb、Zr：是強碳化物形成元素。☆與C的親和力強的合金元素形成的特殊碳化物穩(wěn)定性好，具有高熔點、高硬度、高耐磨性和不易分解等特點?！钐蓟锏姆€(wěn)定性越高，熱處理加熱時，碳化物的溶解及奧氏體的均勻化越困難。同樣在冷卻及回火過程中碳化物的析出及其聚集長大也越困難。2.形成合金固溶體

凡是溶入鐵素體的合金元素均起固溶強化作用，即，使鋼的強度和硬度提高、韌性降低。合金元素對F體斷面收縮率的影響三、合金元素對鐵碳合金相圖的影響1、對奧氏體相區(qū)的影響（1）擴大A區(qū)

Ni、Mn、Co、C、N、Cu等元素的加入會使奧氏體相區(qū)擴大，特別是Ni、Mn的影響更大室溫下1Cr18Ni9為單相A體不銹鋼高錳鋼Mn13水韌處理（固溶處理）后獲得單一的A體（2）縮小A區(qū)Cr、W、Mo、V、Ti、Al、Si等元素的加入會使奧氏體相區(qū)縮小，特別是Cr、Si含量高時將限制A體區(qū)，甚至完全消失。1Cr17Ti0Cr13為單相F體2、對鐵碳相圖中S點、E點的影響3、對共析轉(zhuǎn)變溫度A1的影響所有的合金元素都使S點左移，而大部分合金元素均使E點左移，因此，含碳量相同的碳鋼和合金鋼具有不同的顯微組織。使共析轉(zhuǎn)變點S左移→鋼中P%↑，強度增加使共晶轉(zhuǎn)變點E左移→鋼中出現(xiàn)Ld'擴大A相區(qū)的元素使鐵碳合金相圖中共析轉(zhuǎn)變溫度A1下降；縮小A相區(qū)的元素則使其上升，并都使共析反應在一個溫度范圍內(nèi)進行。四、合金元素對鋼熱處理的影響1、合金元素對加熱時相變的影響

⑴對奧氏體形成速度的影響☆Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr等強碳化物形成元素與C的親和力強，形成難溶于奧氏體的合金碳化物，顯著阻礙C的擴散，大大減慢奧氏體形成速度。為了加速碳化物的溶解和奧氏體成分的均勻化，必須提高加熱溫度并保溫更長時間?！頒o、Ni等部分非碳化物形成元素能增大C的擴散速度，使奧氏體形成速度加快。☆Al、Si、Mn等合金元素對奧氏體形成速度影響不大。⑵對奧氏體晶粒大小的影響除Co、Ni以外，絕大多數(shù)合金元素，特別是強碳化物形成元素由于形成合金滲碳體和特殊碳化物，更難溶入奧氏體中，并且阻礙奧氏體晶界的移動和奧氏體晶粒的長大，起到細化晶粒的作用。V、Ti、Nb、Zr強烈阻礙A體晶粒長大W、Cr、Mo中等阻礙A體晶粒長大Mn、B促進A體晶粒長大2、合金元素對過冷奧氏體轉(zhuǎn)變的影響⑴合金元素對C曲線的影響除Co外，幾乎所有合金元素溶入奧氏體后都增大過冷奧氏體的穩(wěn)定性，使C曲線右移，即提高鋼的淬透性。Mo、Mn、W、Cr、Ni、Si、Al對淬透性作用依次由強到弱。對C曲線形狀的影響注意：加入合金元素，只有完全溶入奧氏體才能提高淬透性。兩種或多種合金元素同時加入對淬透性的影響，比單一元素的影響強得多。合金元素對VK影響的示意圖合金元素對C曲線影響示意圖Si基本不影響Ms、Mf點，除Co、Al外，多數(shù)合金元素使Ms、Mf點下降，導致殘余奧氏體增加。⑵合金元素對馬氏體轉(zhuǎn)變的影響合金元素對Ms點的影響合金元素對殘余奧氏體量的影響（含1.0％的鋼在1150℃淬火）五、合金元素對回火轉(zhuǎn)變的影響1、提高回火穩(wěn)定性

回火穩(wěn)定性：淬火鋼在回火時硬度下降快慢的性質(zhì)。原因：（1）推遲馬氏體的分解和殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變(即在較高溫度才開始分解和轉(zhuǎn)變)（2）提高鐵素體的再結晶溫度提高回火穩(wěn)定性作用較強的合金元素有：

V、Si、Mo、W、Ni、Co等。

2、產(chǎn)生二次硬化

二次硬化：淬火鋼在回火時隨著回火溫度的升高，硬度不下降反而升高的現(xiàn)象。3、增大回火脆性

回火脆性：在某些溫度區(qū)間回火時，鋼的硬度顯著下降的現(xiàn)象。消除方法：①快冷；②加入Mo或W合金鋼的強化機制：

合金F的固溶強化M位錯強化細晶強化（F、M晶粒度，P片間距↓）彌散強化（也稱第二相（沉淀）強化）結構鋼中常用的合金元素及其作用主加元素：Cr、SiMn、Ni輔加元素：W、Mo、V、Ti、B總結Mo、Cr、Mn、B強淬透，Ni、Si二者稍落后。V、Ti、Nb、Zr強細化W、Cr、Mo也稍落后Mn、B促使它長大W、Mo消除高回脆6.3結構鋼6.3.1普通結構鋼這類鋼冶煉簡單、成本低，具有相當?shù)牧W性能，能滿足工程用鋼的良好焊接性、冷成形性、韌性和較高強度的性能要求，故使用量很大。1．成分特點普通碳素結構鋼：含碳量通常在0.4％以下，以保證良好的焊接性、冷成形性和韌性。低合金高強度結構鋼由于其較高強度和良好的工藝性能。是近年來發(fā)展最快、最有前景的一類合金鋼。普通碳素結構鋼和低合金高強度結構鋼錳是強化的基本元素，其含量在1.8％以下，除固溶強化外，還使A3點下降，既提高了強度又改善了韌性和塑性。低合金高強度結構鋼：含碳量通常在0.2％以下船舶容器車輛橋梁2．熱處理特點普通結構鋼使用時一般不進行熱處理，大多數(shù)是在熱軋狀態(tài)下或熱軋后正火狀態(tài)下使用。其組織為鐵素體和少量珠光體。普通碳素結構鋼：

一般工程用熱軋鋼板、鋼帶、型鋼、棒鋼等。Q195和Q275低合金高強度結構鋼

這類材料是用來制造橋梁、船舶、大型鋼結構等用它來代替普通碳素結構鋼，屈服強度提高25%～100%。

Q295和Q345Q345鋼(16Mn)綜合性能好，用于船舶、橋梁、車輛等大型鋼結構。Q390鋼含V、Ti、Nb，強度高，用于中等壓力的壓力容器。Q460鋼含Mo、B，正火組織為貝氏體，強度高,用于石化中溫高壓容器.南京長江大橋6.3.2優(yōu)質(zhì)結構鋼硫、磷含量均控制在0.035％以下1．性能要求(1)要求有良好的塑性和焊接性能(2)既要求表面硬而耐磨，又要保證心部具有較高的韌性和足夠強度(3)要求具有良好的綜合力學性能(4)要求有高的屈服點和屈強比，高的疲勞強度(5)要求有高的硬度和耐磨性，高的接觸疲勞強度，足夠的韌性2.成分特點(1)含碳量1)低碳：一般在0.25％以下，以保證良好的塑性、韌性和工藝性能。滲碳鋼2)中碳：一般含碳量為0.25％—0.55％，大多在0.4％左右3)中高碳一般含碳量為0.45％?！?.85％，保證高的強度，主要是高的彈性極限、屈服點、屈強比和疲勞強度。4)高碳一般含碳量為0.95％～1.15％，保證高硬度和耐磨性。調(diào)質(zhì)鋼撥叉

變速齒輪

合金滲碳鋼

合金調(diào)質(zhì)鋼

20、20Cr、20CrMnTi

40、45、40Cr、40CrNiMo離合器彈簧

蝶形彈簧

合金彈簧鋼

65Mn和60Si2Mn

GCr15、GCr15SiMn、GCr15SiMnMoV

軸承鋼銑刀9SiCr、W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2

(2)合金化特點1)Cr、Ni、Si、Mn這一類合金元素可認為是結構鋼的主加元素，主要是提高鋼的淬透性。2)Cr、V、Ti、Nb這一類合金元素屬于強碳化物形成元素，可有效地阻止奧氏體晶粒長大，更好地發(fā)揮第二相強化和細晶強化作用，并可提高耐回火性和耐磨性。3)W、Mo一般加入量較少，其主要作用是防止出現(xiàn)第二類回火脆性。4)B、Al這是兩個比較特殊的元素，微量的B(0.001％—0.003％)可顯著提高鋼的淬透性。3.熱處理特點機器零件制造工藝流程一般為：下料毛坯成形(通常為鍛造)

預備熱處理粗加工最終熱處理精加工裝配。(1)預備熱處理結構鋼的預備熱處理通常采用退火(或正火)1)完全退火

主要用于彈簧鋼、調(diào)質(zhì)鋼。對于滲碳鋼和合金元素含量較少的部分調(diào)質(zhì)鋼通常用正火代替退火。退火(或正火)后的組織為F+P(S)。2)球化退火主要用于滾動軸承鋼.(2)最終熱處理1)淬火＋高溫回火(調(diào)質(zhì)處理)

該工藝主要用于調(diào)質(zhì)鋼，處理后的組織為回火索氏體。良好的綜合力學性能表面淬火和表面滲氮處理前的預備熱處理

2)淬火＋中溫回火處理后的組織為回火托氏體。具有高彈性極限，并具有足夠的韌性，用于制造彈簧等零件

3)淬火＋低溫回火

處理后的組織為回火馬氏體、未溶碳化物和殘余奧氏體，具有高硬度和耐磨性，用于制造各種滾動軸承元件。4)滲碳＋淬火＋低溫回火

主要用于滲碳鋼6.4工具鋼工具鋼是用來制造刃具、模具和量具的鋼。分為碳素工具、低合金工具鋼、中合金工具鋼、高合金工具鋼。按用途分為刃具鋼、模具鋼和量具鋼模具刃具量具6.4.1性能要求1．高硬度和高耐磨性2．高的熱硬性(紅硬性)熱硬性是指工具在高溫下保持高硬度的能力3．足夠的韌性和塑性4．對其他性能的要求

6.4.2成分特點1．含碳量(1)中碳C:一般為0.3％—0.6％熱作模具鋼(2)高碳C:一般為0.65％—1.35％碳素工具鋼、低合金工具鋼和高速鋼(3)超高碳C:一般為1.40％—

2.30％．冷作模具鋼2．合金化特點(1)低合金化鋼中合金元素的總量小于5％，屬于低合金工具鋼。2．合金化特點(2)中、高合金化鋼中合金元素含量大于5％1)高速鋼的合金化2)高鉻模具鋼的合金化鉻的主要作用是提高鋼的淬透性、耐磨性和細化晶粒6.4.3鍛造及熱處理特點

1鍛造粗大碳化物細小碳化物2．預備熱處理

(1)完全退火用于熱作模具鋼5CrMnMo和5CrNiMo(2)球化退火用于工具鋼、高速鋼、冷作模具鋼3．最終熱處理(1)淬火＋高溫回火

回火索氏體或回火托氏體5CrMnMo和5CrNiMo(2)正常淬火＋低溫回火(一次硬化法)回火馬氏體、未溶碳化物和殘余奧氏體廣泛用于工具鋼、低速切削的刃具、冷作模具和量具。(3)高溫淬火＋多次高溫回火(二次硬化法)由于高溫淬火后殘余奧氏體的量較多，只有進行多次回火才能較充分地促使其發(fā)生轉(zhuǎn)變。在回火過程中，一方面從馬氏體和殘余奧氏體中沉淀析出細小彌散的合金碳化物；另一方面殘余奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體，即所謂“二次淬火”。以上合金碳化物的彌散析出和二次淬火均使鋼的硬度明顯上升，產(chǎn)生二次硬化。高速鋼淬火后經(jīng)550—570度三次回火，可獲得較理想的熱硬性回火馬氏體、合金碳化物和少量殘余奧氏體典型碳素工具鋼和合金工具鋼表6．10特殊性能鋼

特殊性能鋼是指具有特殊物理、化學性能的鋼。本節(jié)介紹不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼?；す艿赖母g裂解管內(nèi)壁的高溫腐蝕減?。?）化學腐蝕是指金屬在非電解質(zhì)中的腐蝕。（2）電化學腐蝕是指金屬在電解質(zhì)溶液中的腐蝕，是有電流參與作用的腐蝕。（一）不銹鋼1.金屬腐蝕的基本概念：金屬的腐蝕分化學腐蝕和電化學腐蝕。

防止電化學腐蝕的措施：①獲得均勻的單相組織。②提高合金的電極電位。③使表面形成致密的鈍化膜。工業(yè)發(fā)達國家每年金屬腐蝕造成的直接經(jīng)濟損失占GNP的4%左右。中國每年腐蝕的損失至少到400億元以上.ZnZnZn-Cu原電池示意圖珠光體腐蝕示意圖電解液2.不銹鋼的工作條件、失效方式及性能要求：1）良好的耐蝕性2）良好的力學性能3）良好的工藝性能4）價格低廉3.化學成分特點：

碳含量為0.08~0.95%，主加元素為Cr、Cr-Ni，輔加元素為Ti、Nb、Mo、Cu、Mn、N。低碳：碳高，則降低耐蝕性。Cr：是提高耐蝕性的主要元素①形成穩(wěn)定致密的Cr2O3氧化膜.②Cr含量大于13%時，形成單相鐵素體組織。③提高基體電極電位(n/8規(guī)律)Ni：獲得單相奧氏體組織。Mo：耐有機酸腐蝕。Ti,Nb:防止奧氏體鋼晶間腐蝕.晶間腐蝕是沿晶粒周界發(fā)生腐蝕的現(xiàn)象，危害很大.它是由于Cr23C6析出于晶界，使晶界附近Cr含量降到12%以下，在介質(zhì)作用下發(fā)生強烈腐蝕。加Ti、Nb則先于Cr與C形成不易溶于奧氏體的碳化物,避免晶界貧Cr。奧氏體不銹鋼晶界的Cr23C6析出晶間腐蝕不銹鋼熱處理特點（1）淬火＋回火主要作為馬氏體不銹鋼的最終熱處理。(2)固溶熱處理常用于奧氏體不銹鋼。

馬氏體不銹鋼不銹鋼船用螺旋槳

不銹鋼剪刀

鐵素體型不銹鋼

1Cr18Ni9Ti不銹鋼表帶

不銹鋼容器

耐熱鋼的工作條件、失效方式及性能要求：(1)高的抗氧化性(2)高的高溫力學性能(3)組織穩(wěn)定性高(4)膨脹系數(shù)小，導熱性好(5)工藝性及經(jīng)濟性好（二）耐熱鋼1、抗氧化鋼有較強抗高溫氧化性能,而不承受較大載荷的一類鋼。

提高鋼抗氧化性能的途徑：添加Cr,Al,Si合金元素，以形成穩(wěn)定致密的氧化膜。

耐熱鋼

2、熱強鋼

在高溫下工作,承受較大載荷的一類鋼.鋼的熱強性能—要求鋼有較高的蠕變極限和高溫持久強度，以及良好的高溫疲勞性能。

提高熱強性的途徑：

①增加Cr,Mo，W,V等元素，起固溶強化和提高再結晶溫度的作用；②降低S、P雜質(zhì)元素含量；③用B、Ti、Zr進行晶界強化；④通過碳化物和金屬間化合物的彌散相強化。渦輪機機殼1）珠光體型熱強鋼常用鋼號為15CrMo、12Cr1MoV，是低合金鋼。合金元素作用：Cr提高抗氧化性；Mo提高熱強性(T再);V彌散強化。3.常用耐熱鋼2）馬氏體型熱強鋼常用鋼號為1Cr13、1Cr11MoV,4Cr9Si2合金元素作用：Cr、Si提高抗氧化性;Mo提高熱強性(T再);V彌散強化。熱處理：調(diào)質(zhì)。組織：S回。汽輪機葉片過熱器管排過熱器集箱3）奧氏體型熱強鋼最典型鋼號是1Cr18Ni9Ti。Cr的作用是提高抗氧化性；Ni的作用是獲得單相奧氏體;Ti的作用是彌散強化。熱處理采用固溶處理組織為單相A。主要用于過熱器管道等。高錳鋼廣泛用于既要求耐磨又要求耐沖擊的零件。如拖拉機的履帶板、破碎機牙板和鐵路轍岔等.

履帶球磨機襯板挖掘機鏟齒鐵路轍岔耐磨鋼的工作條件、失效方式和性能要求（三）耐磨鋼2.化學成分特點只有ZGMn13一個鋼號.⑴高碳：0.9~1.4%C以保持高耐磨性。⑵高錳：11~14%Mn以保證形成奧氏體組織.3.熱處理特點鑄態(tài)組織為奧氏體+碳化物,性能硬而脆.熱處理采用水韌處理。即將鋼加熱到1100℃，使碳化物溶入奧氏體，并進行水淬。室溫組織為過飽和單相奧氏體。4.性能特點水韌處理后，韌性高，硬度低.使用時必須伴隨著壓力和沖擊作用。在壓力及沖擊作用下，表面奧氏體迅速加工硬化，形成馬氏體并析出碳化物，使表面硬度提高到HB500~550，獲得高耐磨性。而心部仍為奧氏體組織,具有高耐沖擊能力。顎式破碎機挖掘機6.6鑄鐵鑄鐵是含碳量大于2.11%并含有較多硅、錳、硫、磷等元素的多元鐵基合金。鑄鐵具有許多優(yōu)良的性能及生產(chǎn)簡便、成本低廉等優(yōu)點，因而是應用最廣泛的材料之一。

一、鑄鐵的分類1、根據(jù)碳在鑄鐵中存在的形式分類灰口鑄鐵碳大部分以游離態(tài)的石墨形式存在，其斷口呈現(xiàn)暗灰色。是目前應用最廣泛的一類鑄鐵。白口鑄鐵碳大部分以Fe3C的形式存在，斷口呈銀白色。麻口鑄鐵碳一部分以石墨形式存在，另一部分以Fe3C的形式存在，斷口夾雜著白亮的滲碳體和暗灰色的石墨。2、根據(jù)鑄鐵中石墨的形態(tài)進行分類

灰鑄鐵(石墨為片狀)；可鍛鑄鐵(石墨為團絮狀)；球墨鑄鐵(石墨為球狀)；蠕墨鑄鐵(石墨為蠕蟲狀)(一)鑄鐵的石墨化過程Fe3C是亞穩(wěn)相，在一定條件下將發(fā)生分解：Fe3C→3Fe+C（石墨）二、鑄鐵的石墨化及其影響因素石墨是碳的單質(zhì)之一，其強度、塑性、韌性幾乎為零。鑄鐵中的碳除少量固溶于基體中外，主要以化合態(tài)的滲碳體(Fe3C)和游離態(tài)的石墨(G)兩種形式存在。存在兩個鐵碳相圖：Fe-Fe3C和Fe-G雙重相圖L+GL+Fe3C鑄鐵的石墨化過程:鑄鐵中的碳原子析出形成石墨的過程稱為石墨化。鑄鐵中的石墨可以在結晶過程中直接析出,也可以由滲碳體加熱時分解得到。石墨化分兩個階段：在P’S’K’線以上發(fā)生的石墨化稱為第一階段石墨化。包括結晶時一次石墨、二次石墨、共晶石墨的析出和加熱時一次滲碳體、二次滲碳體及共晶滲碳體的分解.在P’S’K’線以下發(fā)生的石墨化稱為第二階段石墨化。包括冷卻時共析石墨的析出和加熱時共析滲碳體的分解。石墨化程度不同，所得到的鑄鐵類型和組織也不同。P’灰鑄鐵的組織是片狀石墨和鋼的基體組成，根據(jù)共析階段石墨化進行的程度不同可分為鐵素體、鐵素體+珠光體、珠光體三種。（二）影響鑄鐵石墨化的因素（1）冷卻速度的影響鑄件冷卻緩慢，有利于碳原子的充分擴散，結晶將按Fe-G相圖進行，因而促進石墨化。WC+Wsi(%)鑄件壁厚和碳硅含量對鑄鐵組織的影響

快冷時由于過冷度大，結晶將按Fe-Fe3C相圖進行,不利于石墨化.（2）化學成分的影響

碳和硅是強烈促進石墨化的元素。碳、硅含量過低，易出現(xiàn)白口組織，力學性能和鑄造性能變差。碳、硅含量過高,會使石墨數(shù)量多且粗大，基體內(nèi)鐵素體量增多，降低鑄件的性能.SiC白口鑄鐵灰口鑄鐵麻口鑄鐵共晶碳、硅含量對鑄鐵石墨化的影響碳、硅量控制范圍：2.5~4.0%C，1.0~3.0%Si。力學性能強度、塑性、韌性比鋼低。（原因G的強度、韌性極低，減小鋼基體的有效截面，并引起應力集中。）3.鑄鐵的性能耐磨性好——石墨有利于潤滑、儲油。三種石墨形態(tài)對力學性能的影響缺口敏感性低——表面粗糙對疲勞極限的影響不明顯消震性好（是鋼的十倍）——G組織松軟鑄造性好——接近共晶成分、熔點低、流動好、凝固收縮小。切削加工性好——G使切屑易斷，還可潤滑刀具其它性能應用——機床床身、發(fā)動機體、齒輪、曲軸

（１）灰鑄鐵牌號——如HT100，表示b≥100MPa（φ30mm）性能——與其它鑄鐵相比，力學性能差，其它性能好。F+P基體+片狀G×500F基體+片狀GP基體+片狀G組織——鋼基體（F、F

+P、P）+片狀G灰鑄鐵熱處理去應力退火——500-550℃，防止機加工或使用時變形、開裂。高溫退火——850-900℃,表面、薄壁等處白口Fe3C→G,硬度↓,切削加工性↑表面淬火——提高導軌表面、汽缸體內(nèi)壁等的耐磨性。２球墨鑄鐵-在鐵水澆注前加球化劑使石墨球化牌號——如QT700-2，表示b≥700，≥2％組織

——鋼基體（F、F+P、P、S回火、B下)+球狀G性能——強度、塑韌性明顯優(yōu)于灰鑄鐵。F+P基體

×500F基體

×100純鎂、稀土鎂合金球墨鑄鐵熱處理退火：去應力退火，加熱500～600℃保溫；

低溫退火，加熱720～760℃，P→G+F；

高溫退火，900～950℃，P,Cm→G+F；正火：細化組織，增加P%，提高強度、耐磨性。

低溫正火，840～860℃→P+F+G，塑韌性較好。

高溫正火，880～920℃→P+G+少量F，強度較高。調(diào)質(zhì)

——加熱850～900℃油淬,550～600℃回火→S回+G等溫淬火——加熱840～900℃,300℃等溫→B下+G（３）蠕墨鑄鐵——在鐵水澆注前加蠕化劑而得牌號——如RuT420

，表示b≥420。性能

——強度、塑韌性優(yōu)于灰鑄鐵。應用

——高壓熱交換器、汽缸蓋、液壓閥等。進氣管排氣管組織

——鋼基體+蠕蟲狀G稀土硅鐵、稀土鎂鈦（４）可鍛鑄鐵不可鍛造

白口鑄鐵經(jīng)長時間石墨化退火（900－960℃）而得。牌號——如KT300-6，表示b≥300，≥6％組織——鋼基體+團絮狀G性能——強度、塑韌性優(yōu)于HT，低于QT。F+P基×500F基×500F基×1005．鑄鐵的應用灰鑄鐵：廣泛用于制造各種承受壓應力和要求消振性好且經(jīng)受摩擦的零件，如床身、箔體、機架、導軌、缸體、活塞環(huán)等。球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵：負荷較大，受力復雜的零件，如曲軸、凸輪軸、齒輪、蝸桿等合金鑄鐵在鑄鐵中加入某些元素，以形成具有特殊性能的鑄鐵(又稱合金鑄鐵)。（一）耐磨鑄鐵灰鑄鐵中提高磷含量；白口鑄鐵中加入Cr、Ni、Mo、V等元素。（二）耐蝕鑄鐵向鑄鐵中加入Si、Al、Cr、Cu、Ni、P等元素。鐵及其合金稱為黑色金屬其他非鐵金屬及其合金稱為有色金屬。

密度低于4.5×103kg/m3的金屬稱為輕金屬。有色金屬鋁及鋁合金

（一）純鋁純鋁具有銀白色金屬光澤，密度小(2.72g/cm3)，熔點低(660.4℃)力學性能：σb=80～100MPa，δ=30～50%，比強度高。(2)導電、導熱性能優(yōu)良。(3)耐大氣腐蝕，易于加工成形。具有面心立方晶格，無同素異構轉(zhuǎn)變，無磁性。鋁合金制造的機翼（二）鋁合金鋁合金既具有高強度又保持純鋁的優(yōu)良特性。鋁合金常加入的元素主要有Cu、Mn、Si、Mg、Zn等，此外還有Cr、Ni、Ti、Zr等輔加元素。

1.鋁合金的分類鋁合金一般具有有限固溶型共晶相圖。鋁合金的分類形變鋁合金和鑄造鋁合金兩大類1）.成分小于F點的合金稱為不能熱處理強化鋁合金。2）.成分在FD’點之間的合金稱為可熱處理強化鋁合金．3）.成分大于D’鑄造鋁合金。合金強化的主要方式:冷變形強化固溶強化、時效強化和細化組織強化2.鋁合金的強化

（1）固溶強化合金元素加入純鋁中形成無限固溶體或有限固溶體，不僅能獲得高的強度，而且還能獲得優(yōu)良的塑性與良好的壓力加工性能。在一般鋁合金中固溶強化最常用的合金元素是銅、鎂、錳、鋅、硅、鎳等元素。一般鋁的合金化都形成有限的固溶體，如Al-Cu，Al-Mg，Al-Zn，Al-Si，Al-Mn等二元合金均形成有限固溶體，并且都有較大的極限溶解度能起較大的固溶強化效果。

（2）細化組織強化在鋁合金中添加微量元素細化組織提高鋁合金力學性能(既提高強度又改善塑性)。（3）冷變形強化對合金進行冷變形，能增加其內(nèi)部的位錯密度，阻礙位錯運動，提高合金強度。這對不能進行熱處理強化的鋁合金提供了強化的途徑和方法。

（4）時效強化固溶處理是指將合金加熱到固溶線以上，保溫并淬火后獲得過飽和的單相固溶體組織的處理。時效是指將過飽和的固溶體加熱到固溶線以下某溫度保溫，以析出彌散強化相的熱處理。

加熱固溶淬火過飽和時效析出-CuAl2時效強化:淬火后合金強度硬度隨時間延長而顯著升高.時效工藝：

固溶處理（水冷淬火）→過飽和固溶體時效過程——過飽和固溶體分解，析出強化相。在室溫下進行的時效稱自然時效；在加熱條件下進行的時效稱人工時效。時效強化效果與加熱溫度和保溫時間有關。隨時效溫度提高，峰值強度下降，出現(xiàn)峰值的時間提前。含4%Cu鋁合金的時效曲線

時效時間/d3、變形鋁合金變形鋁及鋁合金牌號表示方法根據(jù)國標規(guī)定，變形鋁及鋁合金可直接引用國際四位數(shù)字體系牌號或采用國標規(guī)定的四位字符牌號。GB3190-82中的舊牌號仍可繼續(xù)使用，表示方法為:防銹鋁合金：LF+序號不可熱處理強化硬鋁合金：LY+序號超硬鋁合金：LC+序號鍛鋁合金：LD+序號鋁合金波紋管鋁合金制品鋁是可以回收利用的金屬（1）防銹鋁合金主要是Al-Mn和Al-Mg系合金。Mn和Mg主要作用是提高抗蝕能力和塑性，并起固溶強化作用。衛(wèi)星天線（LF2）防銹鋁合金鍛造退火后組織為單相固溶體，抗蝕性、焊接性能好，易于變形加工，但切削性能差。不能進行熱處理強化，常利用加工硬化提高其強度。(2)硬鋁合金主要是Al-Cu-Mg系合金，并含少量Mn?？蛇M行時效強化，也可進行變形強化。強度、硬度高，加工性能好，耐蝕性低于防銹鋁。常用硬鋁合金如LY11(2A11)、LY12(2A12)等，用于制造沖壓件、模鍛件和鉚接件，如螺旋槳、梁、鉚釘?shù)?

飛機翼梁(腹板為硬鋁合金)（3）超硬鋁合金屬Al-Zn-Mg-Cu系合金，并含有少量Cr和Mn。時效強化效果超過硬鋁合金.熱態(tài)塑性好，但耐蝕性差。常用合金有LC4(7A04)、LC9(7A09)等，主要用于工作溫度較低、受力較大的結構件,如飛機大梁、起落架等.飛機主起落架（4）鍛鋁合金Al-Cu-Mg-Si系合金可鍛性好，力學性能高，用于形狀復雜的鍛件和模鍛件，如噴氣發(fā)動機壓氣機葉輪、導風輪等.壓氣機葉片Al-Cu-Mg-Fe-Ni系耐熱鍛鋁合金常用牌號有LD7(2A70)、LD8(2A80)、LD9(2A90)等。用于制造150~225℃下工作的零件，如壓氣機葉片、超音速飛機蒙皮等。4.鑄造鋁合金Al-Si系：代號為ZL1+兩位數(shù)字順序號Al-Cu系：代號為ZL2+兩位數(shù)字順序號Al-Mg系：代號為ZL3+兩位數(shù)字順序號Al-Zn系：代號為ZL4+兩位數(shù)字順序號⑴Al-Si系鑄造鋁合金又稱硅鋁明。其中ZL102(ZAlSi12)是含12%Si的鋁硅二元合金，稱為簡單硅鋁明.鑄造鋁合金的變質(zhì)處理變質(zhì)處理后，×100ZL102的鑄態(tài)組織，未變質(zhì)，×500Al-Si合金（硅鋁明10%-13%Si）——鑄造性好（熔點低、流動性好、收縮?。?。組織——變質(zhì)前，共晶體（粗針狀Si+α基體）+初晶Si變質(zhì)后，共晶體（細點狀Si+α基體）+初晶α加入其他合金元素的鋁硅鑄造合金稱復雜(或特殊)硅鋁明。Al-Si系鑄造鋁合金的鑄造性能好，具有優(yōu)良的耐蝕性、耐熱性和焊接性能?；钊?裙部為鋁硅合金)用于制造飛機、儀表、電動機殼體、汽缸體、風機葉片、發(fā)動機活塞等。⑵其它鑄造鋁合金Al-Cu系鑄造鋁合金這類合金的耐熱性好，強度較高；但密度大，鑄造性能、耐蝕性能差，強度低于Al-Si系合金。汽缸頭常用代號有ZL201(ZAlCu5Mn)、ZL203(ZAlCu4)等。主要用于制造在較高溫度下工作的高強零件，如內(nèi)燃機汽缸頭、汽車活塞等。Al-Mg系鑄造鋁合金這類合金的耐蝕性好，強度高，密度??；但鑄造性能差,耐熱性低。常用代號為ZL301(ZAlMg10)、ZL303(ZAlMg5Si1)等.主要用于制造外形簡單、承受沖擊載荷、在腐蝕性介質(zhì)下工作的零件，如艦船配件、氨用泵體等。鼓風機密封件等(ZL102、301)Al-Zn系鑄造鋁合金這類合金的鑄造性能好，強度較高，可自然時效強化；但密度大，耐蝕性較差。大型空壓機活塞(ZL401)